안드로이드 플랫폼
글: 임성수 교수 / 국민대학교 전자정보통신대학 컴퓨터공학부 www.kookmin.ac.kr / sslim@kookmin.ac.kr
모바일 플랫폼 시장 동향휴대폰 시장은 급격하게 운영체제가 탑재되어 있는 스마트폰 시장 중심으로 발전하고 있다. 일반 휴대폰과 스마트폰을 구분하는 가장 중요한 요소는 일반적으로 운영체제의 탑재 여부이다. 운영체제가 탑재되어 있다는 것은 일반적인 컴퓨팅 환경에서처럼 다양한 응용 소프트웨어를 실행하기 위한 모든 시스템 서비스가 제공된다는 의미이고, 아울러 일반적인 컴퓨팅 환경에서 응용 소프트웨어를 개발, 구현하는 것과 유사한 편의성을 제공할 수 있다는 의미이다. 따라서, 스마트폰 중심의 휴대폰 시장 발달은 스마트폰 이전의 휴대폰에서 구동할 수 없었던 다양한 형태의 응용 소프트웨어를 안정적으로 활용할 수 있는 기회를 제공한다. 그림 1은 운영체제의 종류에 따른 스마트폰 시장 규모를 보인다. 지속적으로 상당한 수준의 성장을 보이는 운영체제는 리눅스이며 상대적으로 Windows Mobile이나 Symbian의 성장세는 약화되고 있다.
모바일 플랫폼이란 휴대폰의 응용 소프트웨어를 실행하기 위한 기반 소프트웨어 환경을 의미한다. 모바일 플랫폼이 활용되기 시작한 이유는 운영체제의 형태를 갖추지 않아 새로운 응용 소프트웨어를 설치, 실행할 수 없는 펌웨어 수준의 소프트웨어 환경을 제공하는 기존 일반 휴대폰에서 응용 소프트웨어를 다운로드하여 설치하고 실행하는 기능을 제공하기 위해서였다. 아울러 일관된 API를 제공하여 휴대폰 장치가 달라도 같은 모바일 응용 소프트웨어를 실행할 수 있는 환경을 제공하기 위해서 모바일 플랫폼이 진화했다.
애플사의 '아이폰'은 스마트폰 및 모바일 플랫폼 시장의 개념을 바꾸어 놓았으며 이에 대응하기 위한 다양한 모바일 플랫폼의 등장이 뒤따랐다. 마이크로소프트는 자사의 Windows Mobile을 업그레이드하여 기존의 데스크톱 윈도우를 닮은 사용자 인터페이스를 벗어나 시장의 요구에 부응하기 위한 형태의 모바일 플랫폼 제공을 시도하고 있다. 가장 영향력있는 모바일 플랫폼으로 등장한 것은 구글의 안드로이드 플랫폼이며 구글은 자사의 다양한 온라인 서비스를 모바일 시장으로 확장하기 위한 기반으로 안드로이드 플랫폼을 개발, 공급하기 시작했다. 스마트폰 시장에서의 영향력은 가장 높은 수준이었으나 비공개 플랫폼을 지향하고 있었던 심비안 플랫폼도 구글 안드로이드 플랫폼의 영향을 받아 공개 모바일 플랫폼인 Ovi 플랫폼을 구축, 공급하기 시작했다. 이러한 시장에서의 움직임은 모바일 플랫폼을 기존의 단순한 모바일 응용 실행 환경으로서의 개념이 아닌 기존 데스크톱을 위한 온라인 인터넷 서비스를 모바일 기기와 연동하기 위한 기반 환경으로서의 개념으로 변화한 것을 의미한다. 현재 가장 높은 수준의 성장률을 보이고 있는 모바일 플랫폼은 구글의 안드로이드 플랫폼으로서 2009년 하반기에 삼성전자, LG전자, 모토롤라 등 주요 제조업체에서 다양한 안드로이드 플랫폼 기반 휴대폰 출시를 준비 중이다.
새로운 개념의 모바일 플랫폼은 앞으로 발전하게 될 모바일 응용을 수용해야 한다는 점에서 갖추고 있어야 하는 몇 가지 필수적인 요소가 있다. 먼저 운영체제 기반 플랫폼으로서 충분한 시스템 수준의 서비스를 제공해야 한다는 점이다. 현대 운영체제가 갖추고 있는 메모리 관리, 장치 추상화, 프로세스 관리 등의 모든 기능이 상위 모바일 플랫폼에서 필요한 기능이기 때문이다. 둘째, 사용자 인터페이스의 성능 요구 수준이 높아짐에 따라 2D/3D 가속 기능을 활용한 그래픽 처리 기술이 차세대 모바일 플랫폼의 필수 요소가 되고 있다. 특히, 3D 기술을 활용한 사용자 인터페이스가 일반화되면서 이를 빠르게 처리할 수 있는 가속 기능이 필요하게 되었다. 최근 사용되는 모바일 프로세서는 대부분 기본적인 가속 기능을 내장하고 있으며 그렇지 않은 경우에는 가속 기능 전용 프로세서를 별도로 사용하는 추세이다. 이러한 가속 기능을 직접 사용하는 OpenGL/ES 등의 API 지원이 향후 시장을 주도할 모바일 플랫폼의 필수 기능이다. 셋째, 일반 웹 기반 서비스를 그대로 혹은 모바일 기기에 최적화된 형태로 활용할 수 있는 연동 기능이 필요하다. 앞으로의 서비스 시장이 모바일 기기를 위한 특화된 시장으로 발전하기보다는 기존 데스크톱에서의 인터넷/웹 서비스를 모바일 기기에서 사용하기 위한 연동 시장으로 발전할 것으로 전망하기 때문이다.
이 글에서는 이러한 모바일 플랫폼의 발전에 큰 영향력을 발휘하고 있는 구글의 안드로이드 플랫폼의 특징을 살펴보고 구글 안드로이드 플랫폼을 새로운 하드웨어에 탑재하는 절차를 사례를 들어 설명한다.
구글 안드로이드 플랫폼이란? 안드로이드는 구글의 휴대폰용 오픈 소스 소프트웨어 플랫폼 및 주변 도구를 의미한다. 구글 안드로이드 플랫폼은 본격적인 모바일 웹 응용을 위한 휴대폰 소프트웨어 플랫폼이라는 데 그 의미가 있다. 주로 구글의 서비스를 이동 단말 환경에서 구현하고 활용하기 위한 기반 플랫폼으로서 휴대폰뿐 아니라 다양한 정보 가전 기기에 적용할 수 있는 이식의 용이성을 갖추고 있다. 안드로이드 플랫폼은 현재 전 세계의 주요 휴대폰 제조사, 반도체 제조사는 물론 통신사, 시스템 소프트웨어 개발사, 애플리케이션 개발사를 포함하는 오픈 핸드셋 얼라이언스(OHA, Open Handset Alliance)를 통해 진화하고 있다.
그림 2은 구글 안드로이드 플랫폼이 지향하는 응용 서비스 개념을 정리하여 보여준다. 단말, 통신 서비스, 응용 분야, 네트워크의 종류에 독립적인 오픈 플랫폼을 제공하는 것이 중요한 목표이고 이를 먼저 휴대폰의 형태로 현실화하고 있다. 또한, 안드로이드 플랫폼은 사용자가 구현한 응용 소프트웨어를 안드로이드 마켓을 통해 유통할 수 있는 비즈니스 모델을 제공하고 있어서 애플의 앱스토어가 이룩한 성공 모델을 따르고 있다.
안드로이드 플랫폼의 구조와 기능안드로이드 플랫폼은 리눅스 커널 상에 다양한 응용 소프트웨어 라이브러리와 안드로이드 응용 소프트웨어를 실행하기 위한 자바 가상머신으로 이루어져 있다. 안드로이드 플랫폼에 사용된 자바 가상머신은 Dalvik이라 부르는 가상머신으로 선마이크로시스템즈(Sun Microsystems, Inc.)의 자바 가상머신과 유사하지만 다른 형식의 자바 응용 소프트웨어 패키징 방법 및 실행 과정을 제공한다.
안드로이드 플랫폼 계층 구조안드로이드 플랫폼은 소프트웨어 계층으로 구성되어 있다. 가장 하위 영역에는 운영체제인 리눅스 커널이 존재한다. 리눅스 커널 위에 녹색으로 표시된 영역에는 하드웨어 추상화 계층과 라이브러리가 존재한다. 하드웨어 추상화 계층은 다양한 하드웨어 장치를 활용할 수 있는 안드로이드 응용 소프트웨어를 위한 인터페이스를 제공해주는 계층으로서 일관된 하드웨어 접근 API와 실제 하드웨어 제어 코드 부분을 연결한다. 하드웨어 추상화 계층은 응용 소프트웨어에 대해 하드웨어 제어 투명성을 제공하고 동시에 자바 응용이 사용할 수 있는 자바 API와 C 언어로 작성된 하드웨어 제어 코드를 JNI(Java Native Interface)를 통해 연결시켜 준다. 응용 소프트웨어는 모두 자바 API를 사용하여 구현되지만 각종 응용 소프트웨어가 사용할 수 있는 공통 컴포넌트 혹은 라이브러리는 C 언어 등으로 작성되어 있는 오픈 소스 소프트웨어 기반 코드로 구성되어 있다. 이러한 공통 컴포넌트 혹은 라이브러리는 데이터베이스 처리를 위한 기능, 그래픽 처리를 위한 기능, 멀티미디어 처리를 위한 기능, 웹 응용을 실행하기 위한 기능 등을 포함한다. 안드로이드의 라이브러리는 기존 리눅스의 기본 라이브러리들을 자원 제약 조건이 심한 휴대 이동통신 단말 환경에 맞도록 최적화하여 구성되었다. 웹 응용을 위한 웹 브라우저 엔진 WebKit, OpenCORE 플랫폼 기반의 미디어 코덱을 포함하는 Media Framework, SQL 데이터베이스인 SQLite, 2D, 3D의 윈도우 렌더링을 위한 Surface Manager와 OpenGL|ES 등의 다양한 고성능의 라이브러리들을 포함한다.
안드로이드 응용 소프트웨어가 직접적으로 실행하기 위한 환경을 안드로이드 런타임이라고 부르며 Dalvik 가상 머신과 Core 라이브러리들로 구성된다. Dalvik 가상 머신은 임베디드 시스템 환경을 위해 설계된 자바 가상머신으로서 기존 자바 실행파일 형식과 다른 실행파일 형식(.dex)을 사용하여 실행파일의 크기와 성능을 임베디드 시스템 환경에 최적화하였다.
애플리케이션 프레임워크는 자바 기반의 응용 소프트웨어 실행을 위한 가장 높은 수준의 서비스를 포함하고 있는 계층을 말하며 핵심 시스템 서비스를 담당하는 코어 시스템 서비스들과 하드웨어와의 인터페이스를 담당하는 하드웨어 서비스들로 구성된다. JNI(Java Native Interface)를 통해 native C/C++ 코드를 호출하는 부분을 포함한다.
안드로이드 애플리케이션의 구성
Notification은 상태 바에 나타나는 작은 아이콘을 말한다. PC에서와 마찬가지로, 사용자는 정보를 수신하는 이 아이콘과 상호작용 할 수 있다. 정보 갱신 시에 LED를 깜빡이거나, 사운드, 진동을 통해 사용자에게 입력의 전달을 표현할 수 있다. Notifica-tion의 메시지 기능은 문자 메시지의 도착 시에 사운드나 진동을 통해 Notification 영역의 작은 아이콘을 통해 메시지를 확인할 수 있게 한다. 애플리케이션에서 별도의 Notification을 만드는 것도 가능하다. Content Provider는 장치상의 데이터에 대한 접근을 제공하는 오브젝트로서, 다양한 형태의 데이터베이스에 쉽게 적응할 수 있는 방법을 제공한다.
안드로이드 플랫폼 기반 단말기 구성 현재 다양한 정보 기기에 안드로이드 플랫폼을 탑재하려는 움직임이 활발하게 진행되고 있다. 구글을 포함하는 오픈 핸드셋 얼라이언스(OHA)에서 안드로이드를 발표한 이후 기존 모바일 기기에서 x86 프로세서 기반 넷북까지 안드로이드 탑재가 진행 중이다. 본 장에서는 안드로이드 플랫폼을 실제 하드웨어에 탑재하여 구동시키는 절차를 소개하고자 한다.
안드로이드 플랫폼의 탑재를 위해 가장 먼저 필요한 절차는 개발 환경을 구축하는 것이다. 안드로이드 플랫폼이 오픈 소스 소프트웨어인 리눅스 커널 및 다양한 응용 소프트웨어를 중심으로 구성되어 있기 때문에 개발 환경 또한 오픈 소스 소프트웨어 개발 환경인 GCC 기반으로 구성되어 있다. 따라서, 안드로이드 플랫폼 탑재를 위한 개발 환경은 리눅스 운영체제가 탑재된 시스템이 가장 적합하다. 단, 안드로이드 플랫폼을 위한 응용 소프트웨어 개발은 호스트 시스템의 운영체제에 독립적이다. 리눅스 운영체제가 설치된 호스트 시스템이 준비된 후에는 리눅스 기반의 개발 환경을 구축하기 위해 필요한 여러 패키지들을 다운로드하여 설치한다. 기본 개발 환경 패키지에는 필요한 소스들을 다운로드하기 위한 리눅스 기반의 소스 관리 도구 패키지와 안드로이드 기반의 SDK (Software Development toolKit)가 포함된다. SDK는 에뮬레이터를 구동하기 위한 사용자 인터페이스 환경 및 자바 개발 도구들을 모두 포함한다. 설치해야 할 패키지에 관련된 세부사항은 http://source.android.com/ 을 참고한다.
안드로이드의 전체 소스 코드를 다운로드 받으면 다운로드 받은 경로 안에 kernel 디렉토리가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 운영체제 커널의 소스 코드의 필요한 부분을 수정하면 다양한 하드웨어에 탑재할 수 있게 된다. 주로 운영체제 커널의 메모리 영역 설정하는 부분, 각종 장치 드라이버, 그리고 HAL(Hardware Adaptation Layer) 등의 부분을 수정하여 새로운 하드웨어에 탑재하게 된다.
안드로이드 플랫폼의 장치 드라이버는 일반 리눅스 커널의 장치 드라이버 형태를 그대로 사용하기 때문에 특별한 설계가 필요하지 않다. 단, 장치 드라이버를 접근하는 경로가 모두 JNI 함수로 구현되어야 하기 때문에 이를 고려하여 장치 드라이버를 작성할 필요가 있다. 그리고, 일부 장치 드라이버는 일반 리눅스에서는 필수적인 사항이 아니지만 안드로이드 플랫폼에서는 필수적으로 지켜져야 하는 사양이 정해져 있는 경우도 있다.
리눅스 커널에 이미 존재하는 fb_pan_display() 함수는 호출 시 프레임버퍼의 시작 주소를 넘겨주는 함수인데 이 함수가 두 개의 프레임버퍼의 시작 주소를 번갈아 넘겨주도록 구현하면 된다.
그 외 중요한 장치로는 키 입력장치와 터치스크린 등의 입력장치가 있다. 이러한 입력장치들은 모두 리눅스 커널의 Input Device라는 부류의 장치로 등록된다. 장치 노드로는 /dev/input을 사용하는데 이 노드에 이벤트의 형태로 각각의 입력 장치를 등록하도록 되어 있다. 예를 들면, 키를 입력할 수 있는 입력장치는 키패드, 키보드(QWERTY 자판 형태의 입력장치), 그리고 마우스 형태의 입력장치를 안드로이드 플랫폼에서 지원하는데 모두 /dev/input 장치 노드의 이벤트의 형태로 등록하고 각 키가 눌렸을 때의 키 값을 정해주기만 하면 그대로 동작할 수 있게 안드로이드 플랫폼에 JNI 코드의 형태로 모두 구현되어 있다. 만약 입력장치로 키패드와 터치스크린을 사용한다고 하면 각각 /dev/input/ event0, /dev/input/event1의 입력장치 노드로 등록하고 각 입력장치의 종류를 장치 드라이버 코드 내에 명시하면 이에 맞게 구성되어 있는 JNI 코드와 연결시킬 수 있다. 안드로이드 플랫폼의 장치 지원 코드 내에는 아직 애플사의 아이폰(iphone)에서 사용되는 멀티 터치에 대한 장치 지원 코드는 공식적으로 완벽하게 마련되어 있지는 않다. 따라서, 멀티 터치를 사용하는 경우에는 JNI 코드부터 장치 드라이버까지 필요한 코드 부분을 작성해야 한다.
결 론 모바일 플랫폼은 이제 웹 기반 응용을 데스크 탑 및 휴대폰에서 연동하여 실행하기 위한 환경으로서의 경쟁력을 요구하게 되었으며 시장 형성 초기이기 때문에 절대적인 시장 압도적 기술은 아직 보이지 않는다. 안드로이드 플랫폼은 구글의 인터넷 서비스를 모바일 환경과 연동하는 가장 첫 플랫폼이다. 스마트폰의 시장 확대와 안드로이드 플랫폼 기반 휴대폰의 성장은 모바일 플랫폼의 개념 및 발전 방향을 새롭게 정의하고 있으며 이에 대한 시장 예측, 기술 수요 예측, 기술 개발 방향에 있어서의 적극적인 대응이 필요하다.
이 글에서는 이러한 모바일 플랫폼 시장 및 기술 수요의 변화를 확인하고 그 중심에 자리잡고 있는 안드로이드 플랫폼의 구조와 안드로이드 플랫폼 기반 정보 기기를 개발하는 데 필요한 기본적인 기술적 사항을 소개하였다. 안드로이드 플랫폼의 시장 비중 확대 및 진화와 함께 모바일 플랫폼의 개념 변화 및 성장이 이루어질 것으로 예상하며 이러한 모바일 플랫폼 시장의 성장에 맞는 새로운 차원의 모바일 플랫폼이 개발될 것으로 기대한다.
그림 1. 스마트폰 시장 동향 그림 2. 구글 안드로이드 플랫폼의 개념 그림 3.안드로이드 응용의 구동 그림 4. 안드로이드 실행 파일(.apk)의 구조 그림 5. 안드로이드 응용의 구성 요소 그림 6. 미디어 플레이어 실행과 JNI 그림 7. 안드로이드 플랫폼의 프레임버퍼 더블 버퍼링 그림 8. ARM 기반 하드웨어에 탑재된 안드로이드
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